CN2265548Y - 分配泵浦级联光纤放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光纤放大器的结构设计。本放大器包括由一个分光器、两个波分复用光纤耦合器、一个以上光隔离器连接的两段掺杂有源光纤构成的两段级联光路，以及与分光器的1端相连的泵浦激光二极管，其特征在于还包括第三个波分复用光纤耦合器及与其1端相连的第二只泵浦激光二极管。第一级采取反向泵浦避免了输入光耦合器的附加损耗而降低了噪声系统，通过分波器将第一只泵浦二极管的部分泵浦光用于加强第二级的泵浦强度，因而同时达到高增益、低噪声和高输出功率。两级之间没有光滤波器，加大了放大器的增益带宽。
Description
本实用新型属于光电子技术领域，特别涉及光纤放大器的结构设计。
普通光纤放大器采用1只或2只激光二极管(LD)做泵源，通过波分复用光纤耦合器(MUX)，对一段稀土掺杂光纤进行正向、反向或双向泵浦，为避免光路中的光反馈的影响，需在输入和输出端设置光隔离器。在这种结构中，放大的自发辐射(ASE)不仅大量消耗反转粒子数，有碍放大器光增益和光功率的增长，而且构成放大器的主要噪声源。
为抑制ASE的不利影响，RLLaming等人曾提出采用两段级联、内插隔离器或滤波器(或两者兼备)的方法。理论分析表明，当采用正向泵浦方式时，输入端必不可少的波分复用光纤耦合器引入的损耗直接加大了放大器的噪声系数若采用反向泵浦方式，虽然避免了上述损耗，但由于通常条件下掺杂光纤的输入端附近泵浦不够充分也会造成噪声系数的上升。为解决这一矛盾，AT&T Be11实验室的J.LZyskind等人提出从中间泵浦的光纤放大器结构，如图1所示。该放大器采用一个分波比为1∶1的分波器BS11将由一个或两个泵浦激光二极管LD产生的泵浦光分成均等的两束，其中一束经光纤耦合器MUX11耦合至第一段掺杂光纤EDF11，另一束光经另一个光纤耦合器MUX12耦合至第二段掺杂光纤EDF12，MUX11和MUX12之间经过一个光隔离器ISO11和一个光滤波器F11相连，形成了内插隔离器和滤波器的两段级联放大光路。其工作过程为：两束泵浦光分别从光纤耦合器MUX11的111、113端和MUX12的121、123端注入掺杂光纤EDF11和EDF12，并使之受激发而产生增益信号光则从输入端101进入第一段掺杂光纤EDF11得到放大，然后从MUX11的113端和112端经隔离器ISO11、滤波器F11再从MUX12的122端和123端进入第二段掺杂光纤EDF12再次放大，最后从输出端102输出，在第一段掺杂光纤中，信号光与泵浦光相向传输(称之为反向泵)，在第二段掺杂光纤中，信号光与泵浦光同向传输(称之为正向泵)。隔离器ISO11阻断了第二级反向ASE对第一级的干扰，滤波器F11阻断了其带宽以外的第一级正向ASE对第二级的干扰，该放大器采用的是完全对称的结构，两段掺杂光纤正、反向对称泵浦，故又称为平衡放大器或对称放大器(balanced opticalamplifier)。据文献报道，这种光路结构用于低噪声前置放大器效果良好。
然而，信号功率在放大器中是不平衡的。第一级信号较小，消耗的反转粒子数不多，第二级信号大，需要的泵浦功率较大，在要求大功率输出的放大器中尤其如此，上述平衡放大器对两级进行均等的泵浦，必然造成泵浦功率在第一级的剩余而浪费。在大功率泵浦二极管价格昂贵的今天，这一浪费是可观的。
本实用新型的目的在于为克服上述放大器的不足之处，设计出新的光路结构的放大器，即在上述两段级联光路结构的基础上，在第二段掺杂光纤EDF的未端增加一个光纤耦合器MUX和泵浦源LD，取消两段掺杂光纤之间的滤波器而保留光隔离器，该光路可实现第一段反向泵浦第二段双向泵浦的方案，第一段的泵源和第二段的正向泵源可以由同一只泵浦二极管经分波器分配提供，通过调整这两束泵浦光的比例及两段掺杂光纤的长度而达到整个光路结构的总体优化匹配。同时达到高增益、低噪声和高输出功率。由于取消了两级之间的光滤波器，加大了整个放大器的增益带宽。
本实用新型设计的分配泵浦两段级联光纤放大器，包括由一个分光器、三个波分复用光纤耦合器、一个以上隔离器连接的两段掺杂有源光纤构成的两段级联光路，以及分别与所说的分光器的1端和第三个光纤耦合器的1端相连的两个泵浦激光二极管以及激光二极管的温控和驱动电源。其特征在于分光器的2端、3端分别与第一、第二个光纤耦合器的1端相连，第一、第二个光纤耦合器的3端分别与第一段、第二段掺杂光纤相连，所说的光隔离器分别与第一、第二个光纤耦合器的2端相连，所说的第三个光纤耦合器的3端与第二段掺杂光纤的末端相连，所说的第一段掺杂光纤的第二端和第三个光纤耦合器的2端分别为放大器的输入端和输出端，其结构和工作过程如图2所示，泵浦二极管LD21产生的泵浦激光从分波器BS21的B211端输入，经分束后的两束泵浦光分别从B212和B213端输出，其中从B212端输出的泵浦光经第一个波分复用光纤耦合器MUX21的211、213端进入第一段掺杂光纤EDF21，而从BS21的B213端输出的泵浦光经第二个耦合器MUX22的221、223端进入第二段掺杂光纤EDF22；另一只泵浦源LD22产生的泵浦激光从第三个耦合器MUX23的231和2233端进入第二段掺杂光纤EDF22的另一端。信号光则从第一段掺杂光纤EDF21的自由端201进入该段光纤得到放大，然后经耦合器MUX21的213端和212端进入光隔离器ISO21，经过光隔离器后的信号光经耦合器MUX22的222和223端进入第二段掺杂光纤EDF22并再次得到放大，最后经耦合器MUX23的233和232端耦合输出。为克服通常条件下反向泵浦工作时ASE功率较大而引起噪声系数恶化的问题，第一段有源光纤的长度和泵浦功率的选配应保证其增益在15-25dB(根据总增益的设计要求而定)范围而光纤长度尽可能短，这是因为在有源光纤比较短且泵浦功率较大的条件下，由于掺杂光纤得到足够的漂白，反向工作和正向工作时所产生的ASE功率相差不大。分波器的分波比即用于第一段和第二段的泵浦光功率的分配比例在很大程度上影响整个放大器的性能。分波比的选择应在保证第一段达到增益和噪声系数设计要求的基础上将尽可能多的泵浦功率分配到第二段，以得到尽可能大的总增益和输出功率。第二段有源光纤长度的选择则应使泵浦光充分被利用而得到最佳的增益和(或)输出功率。在单只泵浦激光二极管功率不够大的情况下，第一段的泵浦源和第二段的正向泵浦源也可以分别由两只泵浦激光二极管提供。该结构除具有如图1所示放大光路的优点，即利用两段之间的光隔离器阻挡后级放大ASE对前级的干扰、采用反向泵浦的第一级避免输入端光纤耦合器的附加损耗以提高增益、降低噪声系数之外，主要技术特点如下：
其一，该光路采取第一段反向泵、第二段双向泵的两段级联结构，第一段主要在保证达到低噪声系数要求的前提下提供增益，第二段主要提供功率。采用分波器分配泵浦的办法将第一段“剩余”的泵浦功率分给第二段，由于对第二段掺杂光纤增加了泵浦强度，增益和输出功率均显著提高。实验研究表明，采用分配办法比采用“再利用”(Recycled)的办法利用第一级的剩余泵浦功率有效的多。
其二，第一段采用反向泵浦方式。由于避免了输入端的波分复用光纤耦合器的附加损耗而降低了噪声系数。同时，第一段掺杂光纤较短，保证了整段光纤被充分漂白而进一步降低了噪声系数。
其三，与图1所示的结构相比。本实用新型设计的放大器光路结构取消了第一段和第二段之间的滤波器而保留了隔离器，其结果既保留了隔离器阻断第二段反向ASE对第一段干扰的功能，又拓宽了放大器的增益带宽；而第一段输出的ASE，由于该段掺杂光纤较短，在一般泵浦条件下容易达到粒子数充分反转，已经在较大程度上受到压缩而保证了低噪声的实现。
附图简要说明：
图1为已有技术的光路结构示意图；
图2为本实用新型光路结构示意图；
图3为本实用新型的一种实施例的光路结构示意图；
图4为实施例放大器机箱面板布局图。
本实用新型研制出一种分配泵浦两段级联光纤放大器实施例，其光路结构如图3所示。结合附图详细描述如下掺杂光纤EDF31、波分复用光纤耦合器MUX31、光隔离器ISO31、耦合器MUX32、掺杂光纤EDF32以及耦合器MUX33顺序连接成和图2中相同的信号通道，为了防止光反馈的影响，掺杂光纤EDF31的自由端301和耦合器MUX33的332端分别连接光隔离器ISO32和ISO33，并分别用作信号的输入端和输出端。耦合器MUX31和MUX32的311端和321端分别与分波器BS31的B312和B313端相连，BS31的B311与泵浦激光管LD31相连，耦合器MUX33的331端还和泵浦激光管LD32相连。该放大器的工作过程如下：泵浦光分别从三个光纤耦合器注入两段掺杂光纤，信号光经隔离器ISO32进入第一段掺杂光纤放大，然后经耦合器MUX31、隔离器ISO31和耦合器MUX32进入第二段掺杂光纤再次放大，最后经耦合器MUX33和输出隔离器ISO33输出。实施中采用一只功率为100mW和一只110mW的型号为QLM9S470的980mm激光二极管作泵源，工作电流约200mA，工作温度约25℃；铒/铝共掺光纤数值孔径0.21，截止波长0.9μm，对泵浦光和信号光的吸收分别为3.9dB/m和4.57dB/m，第一段长7m，第二段长17.5m；所用三个光纤耦合器均为EPTSMWDM980/1550波分复用光纤耦合器，插入损耗小于0.1dB，隔离度大于20dB；所用三个#I-15-PIPT-X-1A光隔离器插入损耗小于0.5dB，隔离度大于20dB；所用分波器为EPTSMWDM980光纤分波器。采用1553nm波长的DFB激光作信号源，获得小信号增益45dB，最大输出功率16.6dBm，噪声系数4.2dB(包括输入端隔离器的损耗)，用可调谐外腔激光二极管输出光作信号源测得-3dB增益带宽为40nm，这是目前国际掺铒光纤放大器在1550nm波段(光纤通信实用波长)达到的最好指标。该放大器体积为45×40×9cm3，其机箱面板布局如图4所示。
Claims (2)
1.一种分配泵浦级联光纤放大器，包括由一个分光器、两个波分复用光纤耦合器、一个以上隔离器连接的两段掺杂有源光纤构成的两段级联光路，以及与所说的分光器的1端相连的泵浦激光二极管及其温控和驱动电源，其特征在于还包括第三个波分复用光纤耦合器及与其1端相连的第二个泵浦激光二极管及其温控和驱动电源。所说的分光器的2端、3端分别与所说的第一、第二个光纤耦合器的1端相连，第一、第二个光纤耦合器的3端分别与所说的第一段、第二段掺杂光纤相连，所说的一个光隔离器分别与第一、第二个光纤耦合器的2端相连，所说的第三个光纤耦合器的3端与第二段掺杂光纤的末端相连，所说的第一段掺杂光纤的第二端和第三个光纤耦合器的2端分别为放大器的输入端和输出端。
2.如权利要求1所说的光纤放大器，其特征还在于，由所说的分光器分别向第一和第二段掺杂光纤提供的泵浦光分别由两只激光二极管提供
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| CN 96203208 CN2265548Y (zh) | 1996-02-09 | 1996-02-09 | 分配泵浦级联光纤放大器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1295560C (zh) * | 2004-11-26 | 2007-01-17 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 可调谐窄线宽啁啾光纤放大器 |
| CN101341635B (zh) * | 2005-07-07 | 2010-12-22 | 诺基亚西门子通信有限责任两合公司 | 多级光纤放大器和用于匹配多级光纤放大器的泵浦功率的方法 |
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1996
- 1996-02-09 CN CN 96203208 patent/CN2265548Y/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN101341635B (zh) * | 2005-07-07 | 2010-12-22 | 诺基亚西门子通信有限责任两合公司 | 多级光纤放大器和用于匹配多级光纤放大器的泵浦功率的方法 |
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